DZZ5型与DZZⅡ型自动气象站观测资料的对比分析

来源:用户上传      作者:杨狄 杨振忠 陈利华

　　摘   要：本文运用粗差率、一致率、缺测率等数据对比的常见指标，以及气候学统计分析方法，对鹤岗DZZ5和DZZII型自动气象站的观测数据差值进行了分析，得到以下结论：（1）DZZII型自动气象站运行的稳定性较高;（2）夏季的降水现象对双套自动气象站相对湿地的数值影响略明显;（3）DZZ5 型和DZZII型自动气象站数据可以相互代替。
　　关键词：鹤岗  自动气象站  差值分析  DZZ5  DZZII
　　我省2004年开始使用DZZⅡ型自动气象站观测，随着气象现代化的发展，越来越多的自动观测设备投入使用;DZZⅡ型自动气象站却不能扩充新要素。2014年起陆续使用DZZ5新型气象站。
　　1  资料与方法
　　1.1 数据来源
　　本文选取鹤岗市、萝北县及绥滨县2015—2016年的DZZ5型与DZZⅡ型自动气象站观测资料进行对比分析。
　　1.2 研究方法
　　主要通过一致率、粗差率、缺测率、风向相符率、月降水百分率差值等对相关数据进行统计与分析;之后再采用相关系数对变量之间相关程度进行统计，用来表征两套自动站的相关程度。
　　2  结果与分析
　　2.1 典型要素的差值分析
　　2.1.1 气温
　　根据3个国家气象站逐月的，计算对比差值频率，差值在±0.2度之间有80%，DZZ5的小于或等于DZZII的有71%。
　　在不同的台站，月平均气温、月平均最高气温、月平均最低气温、月极端最高气温、月极端最低气温对比差值不同;月平均气温最小，极端最低气温最大。寒潮天气过程中，DZZ5型比DZZII型气温低或两者相等的百分率约为55%～82%;高温天气过程时DZZ5型小于或等于DZZII型的气温均值、最高最低等值为88%～100%。
　　挑选了两次极端天气条件进行对比，在低温和高温的时段，DZZ5新型自动站小于或等于DZZII型自动站的温度，随着气温升高差值更明显。
　　差值的原因和传感器的大小有关，DZZ5新型自动气象站比DZZII型的温度传感器又大又长，在比热相同的条件下升温略慢，降温也略慢，因此，DZZ5新型自动站的最高气温略低于DZZII型，最低气温略高。
　　2.1.2 降水
　　通过比较三站的261个有效数据，88%的降水量百分率差值在±8%之内，且70%的DZZ5新型自动站降水观测值比DZZII型自动站的数值略小。
　　从三站的DZZ5与DZZII的差值平均看4～5月的差值略大，原因也许是季节交替时段降水现象多以雨夹雪为主，且春季风大以及安装位置的不同也有影响。
　　全市各站人工观测与自动观测的月降水量差值正负不一，但全市平均情况是差值为负，4～5月差值略大，在降水过程比较小时差值百分率大，降水过程比较大时差值百分率小。
　　差值的原因是两个雨量传感器的算法及采样等有一定的差异，带来的系统偏差;4～5月差值较大的原因可能与于春季降水少风大、降水的空间分布有关;另外也有仪器的校准和维护的原因，有的值班员对DZZII型备份站的关注度不够。
　　2.1.3 地温
　　从季平均地温的差值倾向率来看，全市各层平均地温冬、春两季倾向率大于夏、秋季倾向率变化。与地温的差值倾向率比较，深层地温的倾向率略高。深层地温的差值倾向率采用一元线性方程分析方法，且对趋势系数进行了显著性检验。根据不同深度地温的差值倾向率分析，全市各层年及冬、春两季平均差值均呈增大趋势，其中0.8m平均差值略明显，3.2m平均差值幅度较小。
　　造成地温差值的原因有几种：市电电压不稳定、接地线松动或不通， 地温变送器内线路短路，地温场地高低不平、草生长不均匀，强降水部分地方积水，或者地温传感器安装时与土层贴合不好，有空隙等。需要值班员善于发现问题并认真巡视仪器。
　　2.1.4 气压
　　三个台站的月平均本站气压DZZ5型比DZZII型偏高0.2hpa，根仪器安装地点有关，室内外的大气环境略有偏差，另外DZZII型的气压传感器上面，后面是否有杂物，通风口是否通畅等需经常查看。
　　2.1.5 湿度
　　两套自动站的露点温度差值变化范围在-1.9～2.1℃之间，两套自动站的水汽压差值变化范围在- 2.2～ 2.4hPa之间，两套自动站的相对湿度差值变化范围在- 3%～ 4%之间，高分子湿敏电容，在长期高湿环境中性能下降，是否及时维护、除尘都是差值增大的主要原因。
　　2.1.6 风向风速
　　2分鐘平均风速差值变化在- 1.4～ 2.3m/s之间，平均差值0.03m/s;2分钟风向相符率为79%。 10分钟平均风速差值变化在- 0.9～ 1.6m/s之间，平均差值0.02m/s;10分钟风向相符率为84%。最大风速差值变化在- 1.1～ 1.5m/s之间，平均差值0.08m/s;最大风向相符率为82%。极大风风速差值变化在- 1.2～1.6m/s之间，平均差值0.1m/s;极大风风向相符率为74%。
　　2.2 DZZ5新型自动气象站和DZZII型自动站的一致率情况
　　DZZ5与DZZII型自动气象站的压、温、湿要素的一致性较好，除相对湿度有一次差值超标外，其它均在合理范围。可见此双套自动气象站资料是可以互相代替的。
　　2.3 DZZ5新型自动气象站和DZZII型自动站的缺测率情况
　　在5、10月DZZ5新型自动气象站的温、压、湿的缺测率均为0.03和0.02;DZZII型自动气象站在5月气温缺测率为0.02，可见DZZII型自动站相比DZZ5略稳定些。
　　2.4 DZZ5新型自动气象站和DZZII型自动站的粗差率情况
　　2月和5月的气温粗差率为0.1%和0.2%;1月气压的粗差率为0.07%;相对湿度3-8月的粗差率分别为0.1%、0.3%、0.3%、0.3%、0.5%、0.9%，参考当时的天气条件分析得出：夏季降水对湿度值影响较大。
　　2.5 DZZ5新型自动气象站和DZZII型自动站的相关情况
　　通过图1可知，DZZ5新型自动气象站和DZZII型自动站的相关程度很高，相关系数r分别为0.9997、0.9980、0.9979、0.9971，可见双套站气象资料可替代性比较高。
　　3结论
　　研究结果显示：大部分要素差值较小，降水时相对湿度粗差率略大，原因可能与高湿的环境下仪器性能有下降关;检验中基本都符合相应的规范要求。
　　具体结论如下：
　　1、与DZZ5新型自动站比较，DZZII型自动气象站运行的稳定性较高;
　　2、夏季的降水现象对双套自动气象站相对湿地的数值影响略明显;
　　3、DZZ5 型和DZZII型自动气象站数据可以相互代替。
　　参考文献
　　[1] 中国气象局.地面气象观测规范[M].北京：气象出版社，2003.
　　[2] 王柏林，王经业，任芝花等，固体降水自动化观测实验[J].气象科技，2009（2）：97-101.
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